一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法

本发明涉及纳米材料制备，具体涉及一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、黑磷由于其电子及光电子方面的潜力而被广泛研究。黑磷优良的性能与其独特的几何结构和电子结构密切相关。黑磷是天然的p型半导体，具有直接带隙，带隙可由层数约30层的0.3ev调控至单层的1.5ev。此外，其还具有明显的各向异性及较高的电子迁移率，单层黑磷电子迁移率可达10000cm2/v·s。因此，黑磷同时具备石墨烯高电荷载流子迁移率和过渡金属硫族化合物可调控直接带隙的优势，使其成为在电子、光电、生物医药电池和催化等领域不可缺少的通用二维材料。目前，黑磷的研究主要集中在电池、高分子复合材料、场效应晶体管以及能源转化与存储方面，例如，光催化水分解，太阳能电池，锂离子电池以及钠离子电池等。此外，黑磷纳米结构在分析化学领域也得到了广泛应用。

2、由于黑磷及磷烯对湿度特别敏感，其表面的磷原子层极易转化为磷氧化物的杂化结构而不能稳定存在。因此，为了进一步探索黑磷的应用潜能，可通过杂化，掺杂以及功能化等手段制备得到多种性能优良的黑磷基纳米结构。黑磷基新型功能化纳米结构是一个潜力巨大且发展迅速的研究领域。

3、目前，制备纳米黑磷的常用方法有电化学剥离法和液相剥离法等，电化学剥离法与液相剥离法相比剥离效率较高，可通过剥离条件的控制实现剥离产物结构的调控，但单一剥离体系制备出的黑磷纳米材料的环境稳定性较差，极大地限制了材料的应用条件及范围。基于此，开发一种稳定性高的黑磷基功能化纳米材料是十分有意义的。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供了一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法，解决了现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，具体包含以下步骤：

4、s1：将插层剂加入到n,n-二甲基甲酰胺（dmf）溶液中配制成电解质溶液；

5、s2：向电解质溶液中加入硫酸钴，以块状黑磷（bp）晶体作为阴极，铂片作为阳极，施加20 v的电压进行反应，反应结束后，得到钴负载的黑磷纳米分散液；

6、s3：将分散液快速转移至离心管超声，然后在低转速下离心取上清液，上清液继续在高转速下离心取沉淀物，得到薄层黑磷纳米片（co@fl-bp nps）；

7、s4：将薄层黑磷纳米片重新分散于乙二醇中，加入硫酸铁和醋酸钠，超声分散均匀，转入反应釜进行反应，然后离心分离，洗涤，得到黑磷-钴铁氧化物复合材料，即所述黑磷-过渡金属氧化物复合材料（bp@cofeo）。

8、进一步地，所述步骤s1中，插层剂为四丁基高氯酸铵（tpa），插层剂的质量为0.01367g，n,n-二甲基甲酰胺（dmf）溶液的体积为20ml，电解质溶液的浓度为0.002m。

9、进一步地，所述步骤s2中，硫酸钴的质量为0.05622g。

10、进一步地，所述步骤s3中，超声时间为20min；低转速下离心的转速为500rpm，时间为5min；高转速下离心的转速为10000rpm，时间为20min。

11、进一步地，所述步骤s4中，乙二醇的体积为10ml，硫酸铁的质量为10mg，醋酸钠的质量为100mg；在反应釜中的反应温度为190℃，反应时间为1h。

12、本发明还提供了一种上述黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法制备得到的黑磷-过渡金属氧化物复合材料。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果：

14、本发明中，通过设计在单一的电化学剥离体系中加入金属离子，利用带正电荷的金属离子在电场中定向向负极迁移的特点原位锚定在电化学剥离产生的黑磷纳米材料上，利用金属离子的空轨道与黑磷的孤电子对之间的作用力在稳定黑磷纳米结构的同时实现其功能化。通过在剥离的过程中原位负载钴（边剥离边负载），一方面提升了黑磷自身的稳定性，防止其氧化，另一方面边剥离边负载的钴的分散性比剥离之后再负载钴的好，保证了以此制备得到的黑磷-钴铁氧化物的分散性较好。基于此，本发明的黑磷-过渡金属氧化物复合材料既可以提升黑磷纳米结构的稳定性使其保持本征光电性能，又可以增加催化活性位点提升复合材料的催化性能。

技术特征：

1.一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于：具体包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，插层剂为四丁基高氯酸铵，插层剂的质量为0.01367g，n,n-二甲基甲酰胺溶液的体积为20ml，电解质溶液的浓度为0.002m。

3.根据权利要求1所述的一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，硫酸钴的质量为0.05622g。

4.根据权利要求1所述的一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中，超声时间为20min；低转速下离心的转速为500rpm，时间为5min；高转速下离心的转速为10000rpm，时间为20min。

5.根据权利要求1所述的一种黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中，乙二醇的体积为10ml，硫酸铁的质量为10mg，醋酸钠的质量为100mg；在反应釜中的反应温度为190℃，反应时间为1h。

6.一种如权利要求1-5任一所述的黑磷-过渡金属氧化物复合材料的制备方法制备得到的黑磷-过渡金属氧化物复合材料。

技术总结
本发明公开了一种黑磷‑过渡金属氧化物复合材料及其制备方法，涉及纳米材料制备技术领域，具体包含以下步骤：S1：将插层剂加入到N,N‑二甲基甲酰胺溶液中配制成电解质溶液；S2：向电解质溶液中加入硫酸钴，以块状黑磷晶体作为阴极，铂片作为阳极，施加20V的电压进行反应，反应结束后，得到钴负载的黑磷纳米分散液；S3：将分散液快速转移至离心管超声，通过离心分离，得到薄层黑磷纳米片；S4：将薄层黑磷纳米片重新分散于乙二醇中，加入硫酸铁和醋酸钠，超声分散均匀，转入反应釜进行反应，离心分离，洗涤，得到黑磷‑过渡金属氧化物复合材料。本发明的复合材料既可以提升黑磷纳米结构的稳定性，又可以提升催化性能。

技术研发人员：夏晓红,赵改云
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16